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热镀锌钢丝的换代产品——Galfan(锌铝混合稀土合金)镀层钢丝
热镀锌钢丝的换代产品———Galfan镀层虽已问世20多年,但长期以来在我国一直没有得到很好地推广和普及。同时,近年来国内关于Galfan和稀土锌铝(锌铝稀土)镀层钢丝的真伪、优劣之争一直持续不断。围绕这一关系我国线材制品行业镀层钢丝产品发展方向的问题,记者专访了中国腐蚀与防护学会热浸镀专业委员会常务副主任、河北省冶金学会秘书长陈冬。
陈冬认为,回顾Galfan镀层的研发背景,分析影响锌铝镀层耐腐性的因素,剖析热镀锌中稀土和铝的作用,有利于去伪存真,也有助于Galfan镀层钢丝的进一步推广和普及。
在回顾Galfan镀层材料的研发背景时,陈冬介绍说,热镀锌镀层具有优秀的电化学保护作用(又称牺牲保护性),当镀层受到破坏时,镀层的电化学保护作用可以有效地保护基体并阻止腐蚀,镀锌层还有较好的涂装性、焊接性、成型性。热镀铝镀层有优异的耐大气腐蚀性和耐热性,但其焊接性和牺牲保护性极差。因此,世界各国热镀锌工作者一直在研究开发新型镀层材料,希望新材料能综合镀锌和镀铝层的优点,既有优异的耐腐蚀性又有可靠的电化学保护性,即对切边和镀层破坏处有牺牲保护性。由于锌和铝的熔点低,在液态中有无限互溶,锌铝之间又不形成金属间化合物,因此锌铝、铝锌合金成为研发新材料的首选。
20世纪60年代美国伯利恒公司曾对含1%~70%(质量浓度)Al和3%Si的多种成分的锌铝硅镀层钢板在一般工业环境、焦化厂工业环境、海洋环境进行了5年的大气暴露试验。试验结果显示,一是铝含量在21%左右时,腐蚀速率最高,在有的环境下其腐蚀速率超过不含铝的纯锌对比镀层;二是在上述各种环境下铝含量为4%~7%的镀层,其腐蚀速率均低于纯锌镀层;三是铝含量超过25%时,在各种环境下均优于纯锌镀层,随着铝含量的增加,腐蚀速率几乎以线性关系降低。上述试验结果表明,镀层耐腐蚀性和铝含量不成线性关系。在此研究的基础上,伯利恒公司开发出Galvalume镀层(国内名为铝锌硅镀层),其成分为Zn-55%Al-1.6%Si。铝锌硅镀层的耐腐性为纯锌镀层的2~6倍,但其热浸镀温度高,不适合钢丝镀层,其切边保护性和焊接性也不好。
从锌铝的二元相图可知,锌铝合金共晶点的铝含量为5%,其共晶温度为382℃,因此锌铝二元共晶合金具有熔点低、流动性好、耐腐性好的优点,引起了众多热镀工作者的关注。研究者纷纷在Zn-5%Al二元共晶成分基础上添加其他元素,以改善镀层的耐蚀性、成型性和工艺性能、润湿性等。同时,研究者还希望新型镀层材料能在稍作改进的传统板带生产线上生产,并能用溶剂法工艺生产新镀层钢丝。
1978年,国际铅锌组织(ILZRO)和比利时列日研究中心(CRM)共同开发了商品名为Galfan的新型镀层材料。Galfan合金可用于钢板、钢丝、钢管和型钢的热浸镀中。Galfan镀层具有优良的耐蚀性、成型性、电化学保护性、焊接性和可涂性,几乎集中了镀锌层和镀铝层的全部优点。特别是Galfan镀层有良好的耐蚀性。盐雾实验表明,在镀层厚度相同时,其耐蚀性为纯锌层的2~3倍,同时,在湿热和SO2气体腐蚀试验中耐蚀性优异。Nisshin钢铁公司将常规热镀锌板和Galfan镀层板在工业大气环境下进行了10年的暴露试验,对此试验表明,热镀锌的腐蚀失重与时间成线性关系,而Galfan镀层成抛物线关系。Galfan镀层在8.5年内其耐蚀性为纯锌的2倍,根据实验数据外推可知15年为2.5倍,25年为3倍,50年约为4倍。
由于Galfan合金熔点比纯锌低37.5℃,因此其浸镀锌温度也比镀纯锌相应低40℃左右,低的热镀温度有利于改善钢丝的力学性能。即便采用二次浸镀(双镀)工艺,同样可以达到镀锌钢丝的力学性能。因此,Galfan镀层钢丝能实现耐蚀性和力学性能的完美结合,这也是铝含量较高的锌铝、铝锌系镀层所无可比拟的。
采用常规溶剂法双镀工艺生产Galfan镀层钢丝,其生产工艺可靠,产品质量稳定,产品性能优异,耐腐蚀性和力学性能兼顾,可用溶剂法生产。因此,Galfan镀层钢丝是镀锌钢丝的最佳换代产品。